CN113612603B - 一种不可授权的强指定验证者签密方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不可授权的强指定验证者签密方法，方法关键步骤如下：系统初始化阶段为建立并发布所需的系统公共参数；公私钥建立阶段为签密者和指定验证者分别建立各自的公私钥键对；签密生成阶段采用随机参数、异或和哈希等方法，签密者为给定的消息通过一个设计可让指定验证者对等操作的算法(步骤)建立签密；解签密阶段通过逆向的异或和哈希验证，指定验证者对给定的签密进行解密和验证；签密副本生产阶段，采用随机参数和签密生成阶段对等的算法(步骤)，指定验证者使用自己的私钥模拟建立一个签密副本。本发明实现的指定验证者签密方法，能抵御授权攻击，具有不可转移、强指定验证者等性质，同时效率更高。

Description

一种不可授权的强指定验证者签密方法

技术领域

本发明涉及一种签密方法，具体涉及一种效率更高、安全性更好的不可授权的强指定验证者签密方法。

背景技术

签密是一种密码学原语“它将公钥密码学中加密和签名结合，实现在一个逻辑步骤内加密和签名，和传统的对消息‘先签名后加密’相比，签密减少了对消息进行加密与签名的总计算量与通信成本，同时也具有对消息‘先签名后加密’的效果，即保密性、完整性、可认证性和不可否认性”，这是对签密的描述。从这个描述中可以看出，签密具有非常好的性质，这使得它在各个领域被广泛的使用。但传统的签密不具有指定验证者性质，也就是希望这个签密只有指定的人才能进行解密和验证。比如，在电子招标系统中，投标人希望投出去的电子标书只有指定的招标负责人才能看到和验证有效性，这样可以保护标书的内容。指定验证者签密可以实现这个目的。

目前已有不少指定验证者签密方法，但普遍存在的一个共性问题是不具有不可授权性，也就是说容易遭受授权攻击(签密者或者指定验证者可以在不泄露自身私钥的情况下，把签密权或者验证权授权给第三方)。还有存在的一些问题是：有的不具有“强”的指定验证者性质(必须且仅使用指定验证的私钥才能验证签密的有效性)；有的不具有“不可转移”性质(指定验证者可以用自己的私钥建立一个和签密者建立的签密不可区分的签密副本)，有的效率比较低(计算比较复杂，需要大量的计算)。这些缺陷大大限制了指定验证者签密的广泛应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种效率更高、安全性更好的不可授权的强指定验证者签密方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种不可授权的强指定验证者签密方法，所述不可授权的强指定验证者签密方法包括如下步骤：

(1)、系统初始化阶段：系统产生所需要的公共参数param＝{p,q,g,H}并进行公开发布；

(2)、公私钥建立阶段：利用公共参数param分别建立签密者和指定验证者公私钥键对(y_a，x_a)和(y_b，x_b)；

(3)、签密生成阶段：利用签密者的私钥和指定验证者的公钥，生成一个消息m₀的签密δ₀；

(4)、解签密阶段：对于消息m₀上的签密δ₀，指定验证者用签密者的公钥、指定验证者的私钥解密获得明文m₀并验证签密δ₀是否有效，如有效，则接受该签密，否则拒绝；

(5)、签密副本生产阶段：对于消息m₀，指定验证者用自己的私钥以及签密者的公钥模拟生成一个签密副本δ’₀。

在本发明的具体实施例子中，所述签密生成阶段包含如下步骤：

(1)、签密者随机选择属于Z_q的三个整数r₀，α₀，β₀；

(2)、签密者计算s₀＝r₀+x_aR₀(mod^q)，l₀＝H(R₀,K₀,U₀)，x₀＝l₀-β₀(mod^q)，y₀＝r₀+x₀x_a(mod^q)；

(3)、签密者把U₀按位平均截成左右两部分l₁和l₂(如果U₀的长度是奇数，那么截成右部分比左部分多一位)；

(4)、签密者计算t₀＝H(m₀,l₁)，最后的签密δ₀由六个参数组成，即δ₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)。

在本发明的具体实施例子中，所述解签密阶段包含如下步骤：

(1)、指定验证者计算

(2)、指定验证者验证等式x₀+β₀＝H(R₀,K₀,U₀)是否成立；如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么按前面的方法将U₀截成左右两部分l₁和l₂，然后计算明文

(3)、指定验证者验证等式t₀＝H(m₀,l₁)是否成立；如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么接受这个签密。

在本发明的具体实施例子中，所述签密副本生产阶段包含如下步骤：

(1)、指定验证者随机选择属于Z_q的三个整数x₀，y₀，k₀∈Z_q；

(2)、定验证者计算l₀＝H(R₀,K₀,U₀)，β₀＝l₀-x₀(modq)，α₀＝k₀+β₀x_b(modq)；

(3)、指定验证者按前面的方法将l₀截成左右两部分l₁和l₂，然后计算t₀＝H(m₀,l₁)；最后的签密副本δ′₀由六个参数组成，即δ′₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的不可授权的强指定验证者签密方法有如下优点：

1、具有不可授权性质：本发明在签密生成阶段，通过增加α₀和β₀两个随机参数，设计了一个可让指定验证者对等操作的算法(步骤)，使得最后生成的签密具有不可授权性质。这样使得攻击者在不知道签密者或者指定验证者私钥的情况下，无论获得任何其它知识都无法伪造签密，防止了授权攻击，进一步提高了安全性。

2、具有不可转移性质：本发明的签密副本生产阶段，通过采用和签密生成阶段对等的随机参数x₀和y₀，使得指定验证者能够使用自己的私钥模拟生成一个与签密者不可区分的签密副本。因为签密副本和原签密是不可区分的，所以其他任何人包括签密者和指定验证者都无法区分真正的签密产生者，这样保护了签密者的隐私性。

3、具有强指定验证者性质：本发明在解签密阶段，要使用指定验证者的私钥和逆向异或才能进行签密的解密并进一步进行验证。所以，任何其他人即使截获了签密文件也不能进行解密和验证，这样进一步提高了传输信息的安全性。

4、本发明用“异或”进行加(解)密获得密文(明文)，并用哈希t₀＝H(m₀,l₁)进行验证，不仅避免了直接将加密和签名叠加建立签密的复杂过程，而且相比其它已有的签密方法计算效率更高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图1为本发明的整体结构示意图，如图1所示，本发明提供的一种不可授权的强指定验证者签密方法的具体实现步骤如下：

步骤1.系统初始化阶段：根据系统安全需要，选取两个大质素p，q∈N使得q是p-1的素数因子以及一个哈希函数H：{0,1}^*→Z_p。然后公开发布系统参数param＝{p,q,g,H}，其中g是Z_p的一个生成元，N是自然数集合。

步骤2.公私钥建立阶段：签密者和指定验证者分别随机选取一个整数x_a∈Z_q和x_b∈Z_q，然后分别计算和/>那么和建立的公私钥键对分别为(y_a，x_a)和(y_b，x_b)；

步骤3.签密生成阶段：当用户提交一个消息m₀要求签密时，签密者使用系统参数param以及自己的私钥x_a和指定验证者Bob的公钥y_b，按如下步骤生成一个消息m₀的签密δ₀：

步骤3.1.签密者随机选择属于Z_q的三个整数r₀，α₀，β₀；

步骤3.2.签密者计算s₀＝r₀+x_aR₀(mod_q)，l₀＝H(R₀,K₀,U₀)，x₀＝l₀-β₀(mod_q)，y₀＝r₀+x₀x_a(modq)；

步骤3.3.签密者把U₀按位平均截成左右两部分l₁和l₂(如果U₀的长度是奇数，那么截成右部分比左部分多一位)；

步骤3.4.签密者计算t₀＝H(m₀,l₁)。最后生成的签密δ₀由六个参数组成，即δ₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)。

步骤4.解签密阶段：对于消息m₀上的签密δ₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)，指定验证者Bob使用系统参数param以及签密者的公钥y_a、指定验证者的私钥x_b通过如下步骤进行解密和验证：

步骤4.1.指定验证者计算

步骤4.2.指定验证者验证等式x₀+β₀＝H(R₀,K₀,U₀)是否成立。如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么按前面的方法将U₀截成左右两部分l₁和l₂，然后计算(解密)明文

步骤4.3.指定验证者验证等式t₀＝H(m₀,l₁)是否成立。如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么接受这个签密。

步骤5.签密副本生产阶段：对于给定的消息m₀，指定验证者使用系统参数param以及自己的私钥x_b和签密者的公钥y_a按如下步骤模拟生成一个签密副本δ′₀：

步骤5.1.指定验证者随机选择属于Z_q的三个整数x₀，y₀，k₀∈Z_q；

步骤5.2.指定验证者计算 l₀＝H(R₀,K₀,U₀)，β₀＝l₀-x₀(mod_q)，α₀＝k₀+β₀x_b(mod_q)；

步骤5.3.指定验证者按前面的方法将l₀截成左右两部分l₁和l₂，然后计算t₀＝H(m₀,l₁)。最后的签密副本δ'₀由六个参数组成，即δ'₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)，生成的签密副本可以通过步骤4进行解密和验证。

本发明在签密生成阶段，通过增加α₀和β₀两个随机参数，设计了一个可让指定验证者对等操作的算法(步骤)，使得最后生成的签密具有不可授权性质。这样使得攻击者在不知道签密者或者指定验证者私钥的情况下，无论获得任何其它知识都无法伪造签密，防止了授权攻击，进一步提高了安全性。

本发明的签密副本生产阶段，通过采用和签密生成阶段对等的随机参数x₀和y₀，使得指定验证者能够使用自己的私钥模拟生成一个与签密者不可区分的签密副本。因为签密副本和原签密是不可区分的，所以其他任何人包括签密者和指定验证者都无法区分真正的签密产生者，这样保护了签密者的隐私性。

本发明在解签密阶段，要使用指定验证者的私钥和逆向异或才能进行签密的解密并进一步进行验证。所以，任何其他人即使截获了签密文件也不能进行解密和验证，这样进一步提高了传输信息的安全性。

本发明用“异或”进行加(解)密获得密文(明文)，并用哈希t₀＝H(m₀,l₁)进行验证，不仅避免了直接将加密和签名叠加建立签密的复杂过程，而且相比其它已有的签密方法计算效率更高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种不可授权的强指定验证者签密方法，其特征在于：所述不可授权的强指定验证者签密方法包括如下步骤：

(1)、系统初始化阶段：系统产生所需要的公共参数param＝{p,q,g,H}并进行公开发布；

(2)、公私钥建立阶段：利用公共参数param分别建立签密者和指定验证者公私钥键对(y_a，x_a)和(y_b，x_b)；

(3)、签密生成阶段：利用签密者的私钥和指定验证者的公钥，生成一个消息m₀的签密δ₀；

(4)、解签密阶段：对于消息m₀上的签密δ₀，指定验证者用签密者的公钥、指定验证者的私钥解密获得明文m₀并验证签密δ₀是否有效，如有效，则接受该签密，否则拒绝；

(5)、签密副本生产阶段：对于消息m₀，指定验证者用自己的私钥以及签密者的公钥模拟生成一个签密副本δ′₀；

所述签密生成阶段包含如下步骤：

(1)、签密者随机选择属于Z_q的三个整数r₀，α₀，β₀；

(2)、签密者计算s₀＝r₀+x_aR₀(mod q)，l₀＝H(R₀,K₀,U₀)，x₀＝l₀-β₀(mod q)，y₀＝r₀+x₀x_a(mod q)；

(3)、签密者把U₀按位平均截成左右两部分l₁和l₂；如果U₀的长度是奇数，那么截成右部分比左部分多一位；

(4)、签密者计算t₀＝H(m₀,l₁)，最后的签密δ₀由六个参数组成，即δ₀＝(x₀,y₀,α₀,β₀,t₀,D₀)；

所述解签密阶段包含如下步骤：

(1)、指定验证者计算

(2)、指定验证者验证等式x₀+β₀＝H(R₀’,K₀’,U₀’)是否成立；如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么按前面的方法将U₀截成左右两部分l₁’和l₂’，然后计算明文

(3)、指定验证者验证等式t₀＝H(m₀’,l₁’)是否成立；如果不成立，那么拒绝这个签密；如果成立，那么接受这个签密；

所述签密副本生产阶段包含如下步骤：

(1)、指定验证者随机选择属于Z_q的三个整数x₀’，y₀’，k₀’∈Z_q；

(2)、定验证者计算 β₀’＝l₀’-x₀’(mod q)，α₀’＝k₀’+β₀’x_b(mod q)；

(3)、指定验证者按前面的方法将l₀’截成左右两部分l₁”和l₂”，然后计算t₀’＝H(m₀,l₁”)；最后的签密副本δ′₀由六个参数组成，即δ′₀＝(x₀’,y₀’,α₀’,β₀’,t₀’,D₀’)。